基于5G通信的配电网经济性评价、应急通信与供电恢复研究

作     者：康乾坤 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晓卫

授予年度：2024年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：配电网 5G 经济性评价 通信恢复 基站可调用储能 供电恢复 

摘      要：配网的智能化发展对通信性能有了更高要求,而已有通信方式难以满足所有通信业务需求,亟需一种新型通信方式解决上述问题。5G通信以其优异通信性能在我国已得到大范围应用,但在电力行业中的应用仍然较少,针对电网应用5G通信的经济性分析研究较为缺乏。其次,现有配电通信网应急抢修方式受到地形等因素的影响,导致抢修过程受到延滞,而基于5G通信的无人机快速部署可在满足通信需求的同时不受地形及环境因素的影响。同时数量众多的5G基站也给电网带来了可观的储能资源,相比于传统储能,5G基站储能具有更快的响应速度和更高的充放电效率,其更为接近负荷侧的优势为配电网应急供电提供了新思路。因此,本文在此背景下,对配电网应用5G通信的经济性进行分析;针对5G通信特性,提出基于5G通信的配电通信网应急通信恢复策略；同时为发挥5G基站储能参与配电网应急供电恢复的优势,提出基于5G基站储能的配网应急供电恢复策略。 (1)针对配电网中应用5G通信方式经济性研究缺乏的问题,本文首先利用路径损耗模型确定5G基站在不同场景下的覆盖范围半径。基于基站覆盖半径,以覆盖范围、通信业务满足率和投资费用最优建立5G宏基站的配电网规划模型。其次,考虑到基站通信覆盖的边缘衰减现象,为保证配网通信业务的可靠性,对配电-通信网络耦合关系进行分析,以识别耦合网络中重要节点,并通过对重要节点增加微基站的方式以提高可靠性。最后,从可靠性、技术性和效益三个方面构建配电网5G规划的经济性评价指标。 (2)针对现有应急通信抢修方式易受地形等因素影响的问题,本文首先建立通信故障区域5G微基站部署模型以确定微基站部署位置,并建立了配电通信网综合重要度评价指标,通过评价指标确定配电通信网恢复顺序,然后利用搭载5G微基站的无人机对故障区域进行应急通信恢复。其次,对于配电网的应急供电,将故障区域的通信状态作为状态变量,纳入负荷转供和孤岛运行的模型中。针对恢复过程中输电线路的传输容量,将动态热定值作为约束条件,并与输电线路的静态热定值进行比较以确定其对于供电恢复的影响;最后,建立通信状态对于配电网应急供电恢复影响的定量评价指标。 (3)针对如何发挥5G基站储能在配电网应急供电恢复中的优势问题,本文首先针对5G通信量分布时空差异特性,引入通信量容量因子对其进行量化;同时利用修正后的节点基尼系数和泰尔熵对配电网节点脆弱度进行计算,结合通信量容量因子和配网节点脆弱度对5G基站备用储能时间进行修正,以建立5G基站备用储能精细化模型。其次,利用5G基站备用储能模型,求解不同区域内的5G基站储能可调用容量。最后,构建5G基站可调用储能参与配网应急供电的两阶段鲁棒优化模型,并通过算例分析来验证模型的有效性。